KR102014319B1 - 컨베이어 구동부를 구비한 3차원 프린터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 건물의 실내외 벽면에 구비되는 대형 3차원 프린터(10)의 구성에 있어서, 필라멘트 형태의 원재료 수지를 녹여서 적층하는 FDM방식의 3차원 프린터(10)와; 건물의 벽면 일측에 설치되어 z축 방향으로 상하 이동하는 z축 베드(20)와; 상기 z축 베드(20)의 양 단부에 구비되는 베드 가이드(30)와; 건물의 벽면 일측에 구비되어, 상기 z축 베드(20)의 상하 이동을 제어하는 z축 컨베이어 구동부를 포함하여 구비되는 컨베이어 구동부를 구비한 3차원 프린터(10)의 구성을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 의할 때, 상기 발명을 이용하게 되면, z 축이 컨베어에 의해 길어지며, z 축이 원점에 가지 않더라도, 제작된 제품 위에 새로운 서포터가 생성되어, 다시 새로운 제품을 제작할 수 있는 방식으로, 컨베이어의 길이의 연장을 통해서, 일부의 지속적인 생산이 가능하게 되며, 대형 3차원 프린터(10)로서의 역할도 하게 된다.

Description

컨베이어 구동부를 구비한 3차원 프린터 { 3 dimentional printer with conveyor part }
본 발명은 3차원 프린터의 연속으로 적층 성형하는 출력베드에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 출력베드를 컨베이어벨트로 감싸고 벨트에 구비된 출력베드에 적층하는 3차원 프린터에 관한 것이다.
근래 급속하게 보급되고 있는 3D 프린터로 시제품을 개발하는데 시간단축은 물론 개발비용까지 절감하고 또 재료까지 절약할 수 있는 등 장점이 너무나 많은 게 사실이다.
그래서 근래 외국에서 3D 프린팅을 제 3차 산업혁명을 가져올 기술이라고 소개되기도 했다.
블록 적층방식의 3차원 프린터는 블록의 크기가 다르고 모양이 다를 때 출력베드를 교체해야 하는 문제점이 있고 분리할 때 일일이 수작업을 해야 한다.
최근 급격하게 보급되는 FFF(Fused Filament Fabrication)방식의 3D 프린터는 합성수지류를 가열 압출하여 출력베드 표면에 성형하는데 고열로 용융된 합성수지를 노즐을 통하여 압출되어 입체형상을 완성하게 된다.
그런데 출력물을 출력베드에 단단히 안착시켜 안정되게 성형하고 또 손상 없이 분리하기 위한 방편으로 출력작업을 하기 전에 마스킹 테이프(Masking Tape), 내열테이프, 스프레이(임시접착제) 분무 혹은 아세톤에 재료(ABS수지)를 녹인 용액을 출력베드에 도포하여 출력하고 있지만 만족할만한 수준이 아닌 게 현실이다.
또한 출력베드에 테이핑 하거나 임시접착제를 뿌리게 되면 주기적으로 접착제 제거 스프레이를 뿌려서 세척하거나 물로 씻어야 하는 불편도 감수해야 한다.
그리고 아세톤은 냄새도 많이 나지만 ABS수지를 넣는 비율도 중요하고 도포할 때 온도가 너무 높으면 기포가 발생하여 출력물에 지장을 주며 용액이 너무 연하면 막이 얇아 들뜸 현상이 발생할 수 있고, 출력물이 완성되어 출력베드에서 분리할 때 역시 베드에 단단하게 안착한 출력물의 분리는 쉽지 않고 손상까지 이어질 수 있는 문제점이 있다.
특허문헌
(특허문헌 0001) 대한민국 등록특허 제10-1369617호 (2014.02.25)
(특허문헌 0002) 대한민국 공개특허 제10-2012-0093281호 (2012.08.22)
(특허문헌 0003) 대한민국 공개특허 제10-0141406호 (2014.12.10)
상기의 문제점을 해결하기 [0013] 위해 안출 된 본 발명의 목적은, 3차원 프린터의 출력물을 적층성형할 때 블록의 크기나 모양이 달라 베드를 교체하거나, 재료의 특성에 따라 테이핑 또는 용액 도포 등의 준비작업 없이 즉시 출력이 가능하고, 출력물을 출력베드에 단단하게 안착시키고, 출력물이 완성되면 사람의 손을 거치지 않고 용이한 분리와 깨끗한 출력베드 유지를 위한 컨베이어의 벨트출력베드로 이루어진 3D 프린터 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 실시 예에서는, 건물의 실내외 벽면에 구비되는 대형 3차원 프린터의 구성에 있어서, 필라멘트 형태의 원재료 수지를 녹여서 적층하는 FDM방식의 3차원 프린터와; 건물의 벽면 일측에 설치되어 z축 방향으로 상하 이동하는 z축 베드와; 상기 z축 베드의 양 단부에 구비되는 베드 가이드와; 건물의 벽면 일측에 구비되어, 상기 z축 베드의 상하 이동을 제어하는 z축 컨베이어 구동부를 포함하여 구비되는 컨베이어 구동부를 구비한 3차원 프린터의 구성을 제공한다.
이때, 상기 컨베이어 구동부는, 회전동력을 제공하는 모터와, 일측에 구비되어 상기 모터와 축결합하여 z축 방향으로 컨베이어를 구동시키는 구동축과, 상기 구동축으로부터 소정의 거리에 이격하여 구비되고, 상기 구동축의 회전속도에 종속하여 컨베이어의 이송을 안내하는 종동축과, 상기 구동축과 종동축상에 구비되어, 상기 z축 베드의 이동을 안내하는 컨베이어를 포함하여 구비되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 z축 베드는, 상기 컨베이어 상에 구비되고, 상기 3차원 프린터의 z축 방향의 작업속도에 동기화되어있는 것을 특징으로 한다.
그리고, 설치되는 벽면의 상단에 제1 종동축이 구비되고, 상기 제1 종동축으로부터 소정의 이격된 거리의 하단에 제2 종동축이 구비되고, 상기 제1 종동축과 동일 수직선상의 이격된 위치에 구동축이 구비되는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 베드 가이드는, 출력하는 제품의 폭 사이즈보다 크게 구비되고, 제품의 양쪽에 한쌍으로 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 구성에 의할 때, 상기 발명을 이용하게 되면, z 축이 컨베어에 의해 길어지며, z 축이 원점에 가지 않더라도, 제작된 제품 위에 새로운 서포터가 생성되어, 다시 새로운 제품을 제작할 수 있는 방식으로, 컨베이어의 길이의 연장을 통해서, 일부의 지속적인 생산이 가능하게 되며, 대형 3차원 프린터로서의 역할도 하게 된다.
도 1 내지 4는 본 발명의 실시 예에 따른 컨베이어 구동부를 구비한 3차원 프린터의 전체구성 및 개별 구성을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 컨베이어 구동부를 구비한 3차원 프린터의 실시 예를 나타내는 도면이다.
이하에서는 도면을 참조하여, 본 발명의 구체적인 실시 예를 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다.
일반적으로 3D 프린터라 함은 3차원 모델링을 바탕으로 하여 아주 얇은 층(레이어)를 쌓아 올려 원하는 제품을 입체적으로 만드는 성형기이다. 이 중 필라멘트 형태의 수지를 녹여 사출하여 적층하는 성형 방식의 3D 프린터를 FDM 또는 FFF 프린터라 하는데, 이 프린터는 익스트루더라 불리는 파트의 노즐부분에 필라멘트 소재가 통과함으로서 소재를 녹이며, 적층하여 제품을 만든다. 본 발명의 실시예에서는 이 FDM 3D 프린터를 응용한 것이다.
도 1 내지 4는 본 발명의 실시 예에 따른 컨베이어 구동부를 구비한 3차원 프린터의 전체구성 및 개별 구성을 나타낸 도면이다. 도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 컨베이어 구동부를 구비한 3차원 프린터의 실시 예를 나타내는 도면이다.
살펴보면, 건물의 실내외 벽면에 구비되는 대형 3차원 프린터(10)의 구성에 있어서, 필라멘트 형태의 원재료 수지를 녹여서 적층하는 FDM방식의 3차원 프린터(10)와; 건물의 벽면 일측에 설치되어 z축 방향으로 상하 이동하는 z축 베드(20)와; 상기 z축 베드(20)의 양 단부에 구비되는 베드 가이드(30)와; 건물의 벽면 일측에 구비되어, 상기 z축 베드(20)의 상하 이동을 제어하는 z축 컨베이어 구동부(40)를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 3차원 프린터(10)는 필라멘트 형태의 수지를 녹여 사출하여 적층하는 성형 방식의 3D 프린터를 FDM 또는 FFF 프린터라 하는데, 이 프린터는 익스트루더라 불리는 파트의 노즐부분에 필라멘트 소재가 통과함으로서 소재를 녹이며, 적층하여 제품을 만드는 형식의 프린터이다.
한편, 상기 컨베이어 구동부(40)는, 회전동력을 제공하는 모터(미도시)와, 일측에 구비되어 상기 모터와 축결합하여 z축 방향으로 컨베이어를 구동시키는 구동축(410)과, 상기 구동축(410)으로부터 소정의 거리에 이격하여 구비되고, 상기 구동축(410)의 회전속도에 종속하여 컨베이어의 이송을 안내하는 종동축(420)과, 상기 구동축(410)과 종동축(420)상에 구비되어, 상기 z축 베드(20)의 이동을 안내하는 컨베이어(430)를 포함하여 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 있어서, 회전력을 제공하는 모터는 다양한 종류의 모터가 적용가능하고, 상기 모터와 구동축(410) 사이에는 회전속도를 감소하는 감속기가 재개되어 장착되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 모터의 회전속도 및 구동여부는, 상기 3차원 프린터(10)와 연동하여 프린팅하는 속도와 동기화하여 상기 z축 베드(20)가 움직이도록 상기 모터가 제어되어야 한다.
따라서, 상기 3차원 프린터(10)와 모터의 동작여부 및 속도 등을 제어하는 제어부가 구비되고, 상기 제어부에서는 3차원 프린터(10)의 동작여부에 맞춰서 상기 모터의 구동 및 z축 베드(20) 이송 등을 제어하게 된다.
상기 제어부는 만들고자 하는 제품의 모델링에 관한 데이터 및 크기 및 형상 등에 관한 정보를 외부 서버 등과 유무선으로 통신이 가능하고, 상기 3차원 프린터(10)의 현재 작업상태 및 소요되는 소재와 남아있는 소재와 관한 정보 등에 대해서 작업자와 커뮤니케이션 한다.
한편, 작업전에 상기 제어부는 상기 3차원 프린터(10)의 위치정보 등과 관련해서 상기 z축 베드(20)와 영점 조정을 하고, 정확한 위치에 관한 정보를 인식하는 작업시간에 수행하게 된다.
이때, 상기 z축 베드(20)는, 상기 컨베이어 상에 구비되고, 상기 3차원 프린터(10)의 z축 방향의 작업속도에 동기화되어있는 것을 특징으로 한다.
한편, 다른 실시 예로서, 설치되는 벽면의 상단에 제1 종동축(420')이 구비되고, 상기 제1 종동축(420')으로부터 소정의 이격된 거리의 하단에 제2 종동축(420'')이 구비되고, 상기 제1 종동축과 동일 수직선상의 이격된 위치에 구동축(410)이 구비되는 것을 특징으로 한다.
그리고, 상기 베드 가이드(30)는, 출력하는 제품의 폭 사이즈보다 크게 구비되고, 제품의 양쪽에 한쌍으로 구비되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의할 때, z 축이 컨베어에 의해 길어지며, z 축이 원점에 가지 않더라도, 제작된 제품 위에 새로운 서포터가 생성되어, 다시 새로운 제품을 제작할 수 있는 방식으로, 켄버어의 길이를 길게 해 줌으로서, 일부의 지속적인 생산이 가능하게 되며, 대형 3d 프린터로서의 역할도 수행할 수 있다. 상기 베드 가이드(30)이 구비되어 출력물의 크기가 커 지면 출력물이 넘어지는 경우가 발생 할 수 있어 출력물 가이드에 y 축으로 컨베어쪽 에서부터 y축 끝(최종 포인트) 까지 서포터를 세워줌으로서 출력물의 넘어지는 것을 방지할 수 있는 구성을 제공한다.
10. 3차원 프린터 20. z축 베드
30. 베드 가이드 40. 컨베이어 구동부
410. 구동축 420. 종동축
420'. 제1 종동축 420''.제2 종동축

Claims (5)

  1. 건물의 실내외 벽면에 구비되는 대형 3차원 프린터(10)의 구성에 있어서,
    필라멘트 형태의 원재료 수지를 녹여서 적층하는 FDM방식의 3차원 프린터(10)와;
    건물의 벽면 일측에 설치되어 z축 방향으로 상하 이동하는 z축 베드(20)와;
    상기 z축 베드(20)의 양 단부에 구비되는 베드 가이드(30)와;
    건물의 벽면 일측에 구비되어, 상기 z축 베드(20)의 상하 이동을 제어하는 z축 컨베이어 구동부(40)와;
    상기 3차원 프린터(10)와 z축 컨베이어 구동부의 모터 동작여부 및 속도를 제어하는 제어부를 포함하고,

    상기 z축 컨베이어 구동부(40)는,
    회전동력을 제공하는 모터와,
    상기 모터와 구동축(410) 사이에 구비되는 모터의 회전속도를 감소시키는 감속기와,
    벽의 일측에 구비되어 상기 모터와 축결합하여 z축 방향으로 컨베이어를 구동시키는 구동축(410)과,
    상기 구동축(410)으로부터 소정의 거리에 이격하여 구비되고, 상기 구동축(410)의 회전속도에 종속하여 컨베이어의 이송을 안내하는 종동축(420)과,
    상기 구동축(410)과 종동축(420)상에 구비되어, 상기 z축 베드(20)의 이동을 안내하는 컨베이어(430)를 포함하여 구비되고,
    상기 종동축(420)의 제2 종동축(420'')은 설치되는 벽면의 하단에 구비되고, 상기 제2 종동축으로부터 소정의 거리 범위 내의 상단에 제1 종동축(420')이 구비되며, 상기 제1 종동축(420')과 동일 수직선상의 이격된 위치에 구동축(410)이 구비되고,
    건물의 실내외 벽면의 길이에 따라 상기 제1 종동축(420')과 제2 종동축(420'')의 거리를 조절함으로써, 상기 z축 베드(20)의 상하 이동 거리 범위를 길게하여 대형 3D 프린터로서의 역할을 수행하고,
    상기 z축 베드(20)의 원점 이동없이 제작된 제품 위에 새로운 서포터를 생성하여 지속적으로 대량생산이 가능하고,

    상기 제어부는 상기 3차원 프린터(10)와 연동됨으로써, 동작여부와 프린팅 속도를 동기화하여 상기 z축 베드(20)의 이송, 상기 모터의 회전속도 및 구동여부를 제어하고,
    외부 서버와 모델링에 관한 데이터, 크기 및 형상에 관한 정보 및 상기 3차원 프린터(10)의 현재 작업상태와 소재상태에 관한 정보를 주고 받고, 작업 전에 상기 제어부는 상기 3차원 프린터(10)의 위치정보와 관련해서 상기 z축 베드(20)와 영점 조정을 하고, 정확한 위치에 관한 정보를 인식하는 작업을 수행하는 것을 특징으로 하는 컨베이어 구동부를 구비한 3차원 프린터.
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